王永杰(新疆天山奇臺能源有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831800)

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汽輪機高壓調(diào)節(jié)門擺動原因分析及解決方案

王永杰
(新疆天山奇臺能源有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831800)

〔摘 要〕汽輪機高壓調(diào)節(jié)門是汽輪機調(diào)速及安全運行的重要設(shè)備，其調(diào)節(jié)品質(zhì)的好壞直接影響汽輪機轉(zhuǎn)速及機組負荷控制的穩(wěn)定性，同時對于機組的安全性也至關(guān)重要。介紹了某發(fā)電廠機組的概況及故障情況，對該機組汽輪機在特定工況下存在的高壓調(diào)節(jié)門嚴重擺動的原因進行了分析，并給出了相應(yīng)的解決方案。

〔關(guān)鍵詞〕汽輪機；高壓調(diào)節(jié)門；閥門曲線；擺動

1 機組概況

某發(fā)電廠7，8號機組為同一型號的國產(chǎn)300 MW亞臨界機組，汽輪機為中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式濕冷汽輪機。該型號汽輪機的高壓進汽部分由2臺主汽門和4臺調(diào)速汽門組成，設(shè)計有單閥和順序閥2種運行方式。由于順序閥運行方式與單閥運行方式相比節(jié)流損失較小，可顯著提高汽輪機效率，因此該廠在正常運行時一般均采用順序閥運行方式。機組控制系統(tǒng)DCS采用北京國電智深公司生產(chǎn)的EDPF-NT系統(tǒng)。DEH系統(tǒng)采用西屋公司生產(chǎn)的OVITION系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)通過硬線信號接收DCS汽機主控制器給出的設(shè)定值，并將其轉(zhuǎn)換成每個高壓調(diào)節(jié)門對應(yīng)的開度指令，來控制汽輪機運行。

2 故障情況

該發(fā)電廠7，8號機組自2007，2008年相繼投產(chǎn)運行以來，投入順序閥運行方式控制，汽輪機所有調(diào)節(jié)門控制基本平穩(wěn)，偶爾因伺服閥卡澀和零漂等原因出現(xiàn)一些異常，也都能查明原因并及時進行處理。但是在2012年7號機組進行大修之后，3，4號高壓調(diào)節(jié)門出現(xiàn)了從59．27 %-100 %的大幅擺動現(xiàn)象。當(dāng)DEH的閥門總指令在順序閥相鄰2個閥門的交叉點上小范圍波動時，這種擺動會持續(xù)發(fā)生，造成機組負荷、門體和EH油壓同步波動，影響機組的安全穩(wěn)定運行。

汽輪機高壓調(diào)節(jié)門作為汽輪機重要的調(diào)節(jié)機構(gòu)，其可靠性對機組的安全運行尤為重要。高壓調(diào)節(jié)門機械彈簧在運行中如因頻繁擺動而斷裂，會對汽輪機控制產(chǎn)生不堪設(shè)想的后果。在機組發(fā)生甩負荷、跳閘或其他異常情況時，高壓調(diào)節(jié)門要靠彈簧力快速關(guān)閉，而機械彈簧失效則會增大調(diào)速系統(tǒng)的動作時間，嚴重時甚至?xí)斐善啓C超速，危害十分嚴重。因此，需對高壓調(diào)節(jié)門擺動原因進行分析并采取措施，從根本上防止此類現(xiàn)象的發(fā)生。

3 原因分析

機組正常運行時，DEH系統(tǒng)投入遙控控制方式，接受由DCS汽機主控制器給出的負荷設(shè)定點，再疊加上一次調(diào)頻產(chǎn)生的負荷偏差，經(jīng)負荷流量曲線轉(zhuǎn)換為總的流量指令?？偭髁恐噶罡鶕?jù)順序閥運行方式開啟順序的需要，經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成每個高壓調(diào)節(jié)門的流量指令，再由高壓調(diào)節(jié)門特性曲線變換為對應(yīng)于每個高壓調(diào)節(jié)門的開度指令，來控制高壓調(diào)節(jié)門的動作。

機組運行初期，因高壓調(diào)節(jié)門與其特性函數(shù)吻合，而且大部分時間均運行在汽機跟隨的方式下，汽機主控調(diào)節(jié)主汽壓力，主汽壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)好，壓力穩(wěn)定。因此，DEH系統(tǒng)形成的高壓調(diào)節(jié)門總指令很穩(wěn)定，分配到每個高壓調(diào)節(jié)門的開度指令在負荷相同的情況下也幾乎沒有變化， 機組經(jīng)常運行的幾個負荷點很少落在順序閥控制中2個相鄰閥門閥位－流量曲線的交叉點上。

隨著機組的長時間運行，在機組A級檢修后，高壓調(diào)節(jié)門的特性與原定的閥位－流量曲線之間逐漸不完全吻合。而且各種運行方式的交替切換，機組一次調(diào)頻及AGC的投入運行，也導(dǎo)致機組的電負荷指令不再是一個穩(wěn)定的值，DEH接收到的設(shè)定點不再保持穩(wěn)定，而是經(jīng)常性地在小范圍內(nèi)波動。這使得同樣電負荷情況下對應(yīng)的高壓調(diào)節(jié)門總開度不再相同，而是經(jīng)常性地發(fā)生變化。由于汽輪機的4個高壓調(diào)節(jié)門在順序閥運行方式時，GV3和GV4啟閉同步，其他閥門按照GV1，GV2的順序參與調(diào)節(jié)，每2個閥門間存在交叉重疊，這樣就會有閥門切換交叉點。如果高壓調(diào)節(jié)門閥位－流量曲線配合得不好，則會產(chǎn)生交叉點高壓調(diào)節(jié)門的擺動。

該廠7號機組3，4號高壓調(diào)節(jié)門特性分段函數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　GV3，GV4高壓調(diào)節(jié)門特性分段函數(shù)數(shù)據(jù) %

分析表1可知，當(dāng)機組在汽機跟隨方式下運行時，3，4號高壓調(diào)節(jié)門流量指令在96．1 %時是一個臨界點，當(dāng)流量指令大于96．1 %時，3，4號高壓調(diào)節(jié)門開度立即從59．27 %升至100 %，出現(xiàn)較大的擺動。同時3，4號高壓調(diào)門切換到1號高壓調(diào)節(jié)門的交叉點也剛好落在此區(qū)域內(nèi)。如果機組負荷點在此臨界點往復(fù)時，3，4號高壓調(diào)節(jié)門就會同時出現(xiàn)從59．27 %到100 %的大幅擺動現(xiàn)象。

4 解決方案

從以上分析可以看出，要解決3，4號高壓調(diào)節(jié)門在臨界點的往復(fù)擺動，根本的出發(fā)點是使3，4號高壓調(diào)節(jié)門迅速跨過臨界點或減小其閥位－流量曲線陡度，避免交叉點落在閥門曲線的最陡立區(qū)域，以減少其波動次數(shù)和波動幅度。要使3，4號高壓調(diào)節(jié)門迅速跨過臨界點，可通過提高汽輪機調(diào)速級壓力、改變當(dāng)前負荷設(shè)定值或?qū)㈨樞蜷y運行方式切為單閥運行方式來解決；但要從根本上解決問題，則需要修改3，4號高壓調(diào)節(jié)門的閥位－流量曲線，減緩曲線陡度。經(jīng)過對比現(xiàn)場實際運行曲線，將原來3，4號高壓調(diào)節(jié)門特性分段曲線函數(shù)進行了修正，修正后的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　GV3，GV4高壓調(diào)節(jié)門特性分段函數(shù)修正后數(shù)據(jù) %

修正3，4號高壓調(diào)節(jié)門特性曲線后，進行靜態(tài)測試正常；進行帶負荷測試，各調(diào)節(jié)門在不同的負荷狀態(tài)下調(diào)節(jié)平穩(wěn)。通過GV3，GV4趨勢曲線可看出，高壓調(diào)節(jié)門在特定負荷下的擺動問題得以解決，高壓調(diào)節(jié)門特性曲線修正后趨勢曲線正常，高壓調(diào)節(jié)門控制平穩(wěn)。但上述方法需要經(jīng)常性地對高壓調(diào)節(jié)門流量特性進行核準和修正。

王永杰(1976-)，男，工程師，主要從事熱能動能工程熱工自動控制專業(yè)方面的工作，email：yongjie818@163．com。

作者簡介：

收稿日期：2015-08-25。